DE19925335A1

DE19925335A1 - Verfahren zur Regelung der Lichtdurchlässigkeit eines elektrochromen Glases

Info

Publication number: DE19925335A1
Application number: DE19925335A
Authority: DE
Inventors: Gerd Bruechmann; Christian Wiese; Ulrich Huetzen
Original assignee: DaimlerChrysler Aerospace AG; Airbus Operations GmbH
Current assignee: KID Systeme GmbH
Priority date: 1999-06-02
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2001-02-08
Also published as: US6501457B1; EP1065557A3; EP1065557A2

Abstract

Verfahren zur Regelung der Lichtdurchlässigkeit eines elektrochromen Glases, insbesondere für Cockpit- oder Kabinenscheiben eines Flugzeuges, Sonnendächer bzw. Rundumverglasungen eines Autos oder dergleichen. Verwendet wird eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer, in Abhängigkeit von der gewünschten Lichtdurchlässigkeit an das elektrochrome Glas anzulegenden elektrischen Spannung. DOLLAR A Eine Optimierung der dem elektrochromen Glas zuzuführenden elektrischen Energie hinsichtlich Größe und Zeitdauer wird durch folgende Verfahrensschritte erreicht: DOLLAR A - der an dem Glas anliegende Spannungs-Istwert wird meßtechnisch ermittelt und mit einem Spannungs-Sollwert verglichen, der durch die gewünschte Lichtdurchlässigkeit vorgegeben und der zur Erzeugung des Regelstromes an das Glas anzulegen ist, DOLLAR A - in Abhängigkeit von einem den Spannungsvergleich ermittelten Differenzwert wird eine elektrische Spannung positiver oder negativer Polarität für eine vorgegebene Zeitdauer an das elektrochrome Glas angelegt, bis der Spannungs-Sollwert erreicht ist, DOLLAR A - nach Erreichung des Spannungs-Sollwertes wird die an das Glas angelegte elektrische Spannung abgeschaltet bzw. derart verringert, daß kein Regelungsstrom fließt, und DOLLAR A - nach jeder Abweichung des an dem Glas anliegenden Spannungs-Istwertes um einen vorgegebenen Schwellwert wird die elektrische Spannung jeweils erneut für eine vorgegebene Zeitdauer und mit der entsprechenden Polarität an das Glas bis zum Erreichen des ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Licht durchlässigkeit eines elektrochromen Glases, insbesondere für Cockpit- oder Kabinenscheiben eines Flugzeuges, Sonnendächer bzw. Rundumverglasungen eines Autos oder dergleichen, unter Verwendung einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer, in Abhängigkeit von der gewünschten Lichtdurchlässigkeit an das elektrochrome Glas anzulegenden elektrischen Spannung und zur Regelung des in das elektrochrome Glas fließenden Stromes, sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfah rens.

Wie aus Fig. 1 zu entnehmen ist, versteht man unter einem elektrochromen Glas zwei herkömmliche Glasscheiben 1 und 2, zwischen denen jeweils eine transparente Elektrode 3 bzw. 4 in unmittelbarer Nähe der Glasscheiben 1, 2 angeordnet ist. Hierbei liegt eine färbende Schicht 5, vorzugsweise eine Wolframoxidschicht, direkt an einer transparenten Elektrode 3 an. Zwischen der färbenden Schicht 5 und der anderen transparenten Elektrode 4 befinden sich ein Elektrolyt 6 so wie eine Ionenspeicherschicht 7. Um eine Änderung der Licht durchlässigkeit eines derartig aufgebauten elektrochromen Glases zu erreichen, müssen die verwendeten Materialien auf ein definiertes elektrisches Potential aufgeladen werden. Der erforderliche Spannungswert ist von den verwendeten Materia lien abhängig. Liegt zwischen beiden Elektroden 3, 4 eine kleine Spannung, so fließt ein Ionenstrom in die Wolframoxid- Schicht. Elektronen kompensieren die Ladung der Ionen. Die ursprünglich transparente Wolframoxid-Schicht wird durch die eingelagerten Ionen blau und somit die Lichtdurchlässigkeit reduziert. Der Effekt kann durch einen Kurzschluß oder eine angelegte Spannung entgegengesetzter Polarität rückgängig gemacht werden.

Aus der DE 196 30 812 A1 ist ein transparentes Abdecksystem für einen Fahrzeug-Innenraum bekannt, bei dem zur Freigabe einer Öffnung wenigstens eine transparente Scheibe über oder unter eine andere Scheibe verschiebbar ist. Um gleichzeitig eine gute Abschattungswirkung bei geschlossenem Fahrzeugin nenraum und eine gute Durchsicht bei übereinandergeschobenen Scheiben zu erreichen, ist vorgesehen, daß eine der überein ander verschiebbaren Scheiben durch eine elektrochrome Be schichtung in ihrer Transparenz variabel ist. Die Transpa renz der mit einer elektrochromen Beschichtung versehenen Scheibe kann beispielsweise mittels eines Potentiometers verändert werden. Wird z. B. durch einen veränderlichen Widerstand an den elektrochromen Beschichtungen eine redu zierte Spannung angelegt, so wird eine erhöhte Transparenz der Scheibe bewirkt. Eine Verringerung der Transparenz wird durch Anlegen einer erhöhten Spannung erreicht, die nachtei ligerweise ununterbrochen aufrechterhalten werden muß.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine Opti mierung der dem elektrochromen Glas zuzuführenden elektri schen Energie hinsichtlich Größe und Zeitdauer erreicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die folgenden Verfah rensschritte gelöst:

- der an dem Glas anliegende Spannungs-Istwert wird meß technisch ermittelt und mit einem Spannungs-Sollwert verglichen, der durch die gewünschte Lichtdurchlässig keit vorgegeben und der zur Erzeugung des Regelstromes an das Glas anzulegen ist,
- in Abhängigkeit von einem durch den Spannungsvergleich ermittelten Differenzwert wird eine elektrische Spannung positiver oder negativer Polarität für eine vorgegebene Zeitdauer an das elektrochrome Glas angelegt, bis der Spannungs-Sollwert erreicht ist,
- nach Erreichung des Spannungs-Sollwertes wird die an das Glas angelegte elektrische Spannung abgeschaltet bzw. derart verringert, daß kein Regelungsstrom fließt, und
- nach jeder Abweichung des an dem Glas anliegenden Span nungs-Istwertes um einen vorgegebenen Schwellwert wird die elektrische Spannung jeweils erneut für eine vorge gebene Zeitdauer und mit der entsprechenden Polarität an das Glas bis zum Erreichen des Spannungs-Sollwertes an gelegt.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Zeitdauer für die Meßintervalle und Ladeintervalle sowie die Spannungs-Sollwerte - gegebenfalls mit einer definierten Strombegrenzung - in Abhängigkeit von dem Aufbau, Material und Größe des elektrochromen Glases stehen und somit an das elektrochrome Glas anpaßbar sind. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Regelungselektronik als integrierter Teil des elektrochromen Glases oder auch als separate Einheit verwendet werden kann, wobei die Span nungsversorgung der Regelungselektronik - abhängig vom Anwendungsfall - durch das Bordnetz eines Flugzeuges oder die Batterie eines Kraftfahrzeuges erfolgen kann.

Ausgestaltungen der Erfindung bestehen darin, daß

- Regelungsparameter wie Meßintervalle, Spannungsladezeit dauer und/oder Spannungs-Sollwerte während der Regelungs vorgänge variierbar sind,
- die Regelung mit diskreten elektronischen Komponenten über Schwellwertabfragen und Komparatoren durchgeführt wird,
- die Regelung mit einem, ein Analog-Digital-gewandeltes- Signal verarbeitenden Mikrocontroller/Mikroprozessor durchgeführt wird,
- die Spannungs-Sollwerte durch ein zyklisches Aufladen un abhängig von dem an dem Glas anliegenden Spannungs-Istwert erreicht werden, und daß
- die Regelungsparameter wie Dauer der Ladeintervalle, Pau sen zwischen den Ladeintervallen, Spannungs- und maximale Stromwerte für einen Aufladevorgang in Abhängigkeit vom Aufbau und der Größe des elektrochromen Glases definiert werden.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung kann dahin gehen, daß anstelle der Steuerung des Ladevorganges über die ange legte Spannung und Zeitdauer es durch eine Messung des in das Glas fließenden Stromes möglich ist, die Aufladung und damit die Lichtdurchlässigkeit zu steuern.

Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens ist im Unteranspruch 7 beschrieben. Erfin dungsgemäße Weiterbildungen dieser Schaltungsanordnung sind aus den Unteransprüchen 8 bis 10 ersichtlich.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfin dung dargestellt, und zwar zeigt:

Fig. 1: ein elektrochromes Glas nach dem Stand der Technik, welches bereits in der Beschreibungseinleitung be schrieben ist;

Fig. 2: ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Fig. 3: eine Schaltungsanordnung, die die Details des Block schaltbildes gemäß Fig. 2 aufweist.

Wie aus den Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, besteht die Schaltungsanordnung zur Regelung der Lichtdurchlässigkeit eines elektrochromen Glases 16 aus zwei wesentlichen Kompo nenten:
Erstens aus einem Leistungs-Spannungsfolger 14, der im Prin zip eine präzise geregelte Spannungsquelle darstellt, bei spielsweise für eine Leistung von etwa 5 Watt ausgelegt ist, und der einen Operationsverstärker OP, einen MOSFET T1 und einen Strombegrenzungswiderstand R2 aufweist. Eine Steuer spannung sehr kleiner Leistung von z. B. 0 bis 2 Volt wird von dem Mikroprozessor oder Rechner 10 in den negativen Ein gang des Operationsverstärkers OP eingespeist. Die Spannungs folgerschaltung 14 ist nun stets bestrebt, den positiven Eingang des Operationsverstärkers OP auf das gleiche Poten tial zu bringen wie den negativen Eingang. So folgt die Span nung des Ausganges (verbunden mit dem positiven Eingang des Operationsverstärkers OP) derjenigen des Einganges (negati ver Eingang des Operationsverstärkers OP). Wird der Ausgang belastet, beispielsweise durch den Ladestrom für das elek trochrome Glas 16, so hält der Operationsverstärker OP über den MOSFET T1 die Spannung an dem Glas 16 konstant; der Ope rationsverstärker OP regelt die Spannung.
Zweitens aus einer Umpoleinrichtung 15, die aus einem Relais K1, einem MOSFET T2 und einer Diode D1 besteht und mit deren Hilfe der Leistungs-Spannungsfolger 14 das elektrochrome Glas 16 in beiden Polaritäten ansteuert und somit "Laden" oder "Entladen" kann. Der MOSFET T2 wird digital von dem Mikroprozessor oder Rechner 10 angesteuert und kennt ledig lich die Zustände "ein" oder "aus". Der MOSFET T2 schaltet so die beiden Schaltzustände des Relais K1, also "Aufladung" oder "Entladung" des Glases 16. Die Diode D1 schützt den MOSFET T2 vor Spannungsspitzen der Relaisspulen-Induktivi täten bei den Umschaltvorgängen.

Bei der Schaltungsanordnung können folgende drei Zustände vorliegen:

- Elektrochromes Glas 16 aufladen (abdunkeln); Relais K1 in Ruhezustand; Gate des MOSFET T2 = 0 Volt; Eingangsspannung des Spannungsfolgers 14 (D/A-Kanal 0/1) im Bereich von ca. 0 bis 2 Volt.
- Elektrochromes Glas 16 entladen (aufhellen); Relais K1 in geschaltetem Zustand; Gate des MOSFET T2 = 5 Volt; Eingangs spannung des Spannungsfolgers 14 (D/A-Kanal 0/1) im Bereich von ca. 0 bis 1 Volt.
- Messung der Spannung des elektrochromens Glas 16 (Meßphase ist nur ohne Lade- oder Entladestrom möglich); Relaiszu stand ist Ruhezustand; Eingangsspannung des Spannungsfol gers 14 (D/A-Kanal 0/1) = 0 Volt.

Das Regelverhalten läßt sich im Falle einer Aufladung des elektrochromes Glases 16 wie folgt beschreiben. Es wird hier von dem Grundzustand des Glases 16 "durchsichtig" ausgegan gen, also "Entladung" des Glases 16. Ein Benutzer möchte das Glas 16 auf einen bestimmten Wert abdunkeln und stellt das Regelpotentiometer der Sollwertvorgabe 12 entsprechend ein. Der Rechner 10 mißt am Abgriff des Potentiometers den einge stellten Wert und benutzt diesen als Referenz für den End wert der Glasspannung. Der Rechner 10 beginnt nun, das Glas 16 mit der maximal zulässigen Spannung aufzuladen, d. h. das Glas 16 wird abgedunkelt. Nach einer bestimmten, durch die Software vorgegebenen Zeitdauer (z. B. einige Sekunden), wird der Ladevorgang kurz unterbrochen und somit die Span nung an dem Glas 16 gemessen. Ist die Spannung noch zu nie drig, so wird ein weiterer Ladezyklus durchgeführt. Ist hin gegen die Spannung zu hoch, so wird ein Entladezyklus erfol gen. Auf diese Art und Weise wird die Spannung in einem de finierten Rahmen konstant gehalten, bis der Benutzer das Potentiometer der Sollwertvorgabe 12 und damit die Regler- Führungsgröße wieder verstellt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich die Durchlässigkeit des elektrochromen Glases 16 am schnellsten verändern, wobei in vorteilhafter Weise die elektrische Spezifikation des Glases einhaltbar ist.

Bezugszeichenliste

1

herkömmliche Glasscheibe

2

herkömmliche Glasscheibe

3

transparente Elektrode

4

transparente Elektrode

5

färbende Schicht

6

Elektrolyt

7

Ionenspeicherschicht

10

Rechner/Mikroprozessor

11

Analog/Digital-Wandler

12

Sollwertvorgabe

13

Digital/Analog-Wandler

14

Leistungs-Spannungsfolger

15

Umpoleinrichtung

16

elektrochromes Glas

17

Analog/Digital-Wandler

18

diskreter Ausgang
OP Operationsverstärker
D1 Diode
K1 Relais
R2 Strombegrenzungswiderstand
T1 MOSFET
T2 MOSFET

Claims

1. Verfahren zur Regelung der Lichtdurchlässigkeit eines elektrochromen Glases, insbesondere für Cockpit- oder Kabinenscheiben eines Flugzeuges, Sonnendächer bzw. Rundumverglasungen eines Autos oder dergleichen, unter Verwendung einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung ei ner, in Abhängigkeit von der gewünschten Lichtdurchläs sigkeit an das elektrochrome Glas anzulegenden elektri schen Spannung und zur Regelung des in das elektrochro me Glas fließenden Stromes, gekennzeichnet durch fol gende Verfahrensschritte:

- der an dem Glas anliegende Spannungs-Istwert wird meß technisch ermittelt und mit einem Spannungs-Sollwert verglichen, der durch die gewünschte Lichtdurchlässig keit vorgegeben und der zur Erzeugung des Regelstromes an das Glas anzulegen ist,
- in Abhängigkeit von einem durch den Spannungsvergleich ermittelten Differenzwert wird eine elektrische Spannung positiver oder negativer Polarität für eine vorgegebene Zeitdauer an das elektrochrome Glas angelegt, bis der Spannungs-Sollwert erreicht ist,
- nach Erreichung des Spannungs-Sollwertes wird die an das Glas angelegte elektrische Spannung abgeschaltet bzw. derart verringert, daß kein Regelungsstrom fließt, und
- nach jeder Abweichung des an dem Glas anliegenden Span nungs-Istwertes um einen vorgegebenen Schwellwert wird die elektrische Spannung jeweils erneut für eine vorge gebene Zeitdauer und mit der entsprechenden Polarität an das Glas bis zum Erreichen des Spannungs-Sollwertes angelegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Regelungsparameter wie Meßintervalle, Spannungsladezeit dauer und/oder Spannungs-Sollwerte während der Regelungs vorgänge variierbar sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung mit diskreten elektronischen Komponenten über Schwellwertabfragen und Komparatoren durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung mit einem, ein Analog-Digital-gewandel tes-Signal verarbeitenden Mikrocontroller / Mikroprozes sor durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungs-Sollwerte durch ein zyklisches Aufladen un abhängig von dem an dem Glas anliegenden Spannungs-Ist wert erreicht werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsparameter wie Dauer der Ladeintervalle, Pau sen zwischen den Ladeintervallen, Spannungs- und maximale Stromwerte für einen Aufladevorgang in Abhängigkeit von dem Aufbau und der Größe des elektrochromen Glases defi niert werden.

7. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an einen Eingang eines Mikroprozessors oder Rechners (10) über einen Analog/Digital-Wandler (11) eine Einrichtung zur Sollwertvorgabe (12) angeschlossen ist, daß an einen Ausgang des Mikroprozessors oder Rechners (10) über einen Digital/Analog-Wandler (13) ein Leistungs-Spannungsfolger (14) als präzise geregelte Spannungsquelle und eine Um poleinrichtung (15), deren Ausgang mit dem Eingang eines elektrochromen Glases (16) elektrisch leitend verbunden ist, angeschlossen sind, und daß die Umpoleinrichtung (15) und damit das elektrochromen Glases (16) über einen Analog/Digital-Wandler (17) an einen Eingang des Mikro prozessors oder Rechners (10) angeschloßen ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß der Leistungs-Spannungsfolger (14) einen Opera tionsverstärker (OP), einen MOSFET (T1) und einen Strom begrenzungswiderstand (R2) aufweist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß die Umpoleinrichtung (15) aus einem Relais (K1), einem MOSFET (T2) und einer Diode (D1) besteht.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß der MOSFET (T2) mit einem diskreten Ausgang (18) in elektrisch leitender Verbindung steht.